محولات باكهي لبنة أساسية في الإلكترونيات الحديثة لتنظيم الجهد الفعال والدقيق في مجموعة واسعة من التطبيقات. يأخذون جهد أعلى ويحولونه إلى جهد أقل مع المزيد من التيار. تتطلب العديد من الإلكترونيات فولتية محددة من أجل العمل. على عكس المنظمات الخطية (خيار محول الجهد آخر) الذي يضيع الجهد الإضافي كحرارة ، تكون محولات باك أكثر كفاءة (أكثر من 90 ٪ في بعض الأحيان). هذا يعني أن محولات Buck لا تحتاج إلى الكثير من التبريد حيث يتم إهدار الطاقة الأقل كحرارة ، وفي إلكترونيات محمولة ، تساعد محولات Buck على تمديد عمر البطارية باستخدام الطاقة بشكل أكثر كفاءة.
كيف يعمل محول باك؟
يحتوي محول Buck على مفتاح ، محث ، صمام ثنائي ، مكثف وحمل. يعمل مفتاح ، وعادة ما يكون ترانزستور حقل أشباه الموصلات المعدني (MOSFET) ، بمثابة مشغل سريع/إيقاف ، ويتحكم في تدفق الكهرباء. يقاوم ملف الحث التغييرات الحالية عن طريق تخزين الطاقة عندما يتدفق التيار وإطلاقه عند توقف التيار. الصمام الثنائي هو صمام في اتجاه واحد يسمح للتدفق في اتجاه واحد فقط ، ويعمل المكثف كبطارية صغيرة ، ويخزن الطاقة الكهربائية لتنعيم جهد الخرج.
يمكن فهم الأعمال الكاملة لمحول باك من خلال مراقبة سلوكها في حالات "التبديل" و "إيقاف التشغيل". أثناء التبديل ، يتم تشغيل الترانزستور ، وتوصيل جهد الإدخال بالمحث. يبدأ التيار يتدفق عبر الدائرة ، ويقوم المحث ببناء طاقته ، ويقاوم الزيادة التيار. هذا التيار المتزايد يتقاضى أيضا المكثف. أثناء التبديل ، يتم إيقاف تشغيل الترانزستور ، وفصل جهد الإدخال. نظرًا لأن المحاثات تقاوم التغيرات في التيار ، فإن التيار يستمر في التدفق عبر الصمام الثنائي (الذي يسمح للتيار في هذا الاتجاه) ويشحن المكثف بشكل أكبر ، مما يشغل الحمل.
في معظم محولات باك العملية ، تراقب دائرة التحكم جهد الخرج. إذا كان الأمر منخفضًا جدًا ، فسيظل المفتاح مستمرًا لمدة أطول (دورة عمل) في كل دورة لتقديم المزيد من الطاقة. إذا كان جهد الخرج مرتفعًا جدًا ، فسيكون المفتاح قيد التشغيل لمدة أقصر ، مما يقلل من توصيل الطاقة. عن طريق ضبط الوقت ON/OFF (دورة العمل) للمفتاح ، يتم التحكم في كمية الطاقة المنقولة من المدخلات إلى المخرجات للتنقل بشكل فعال إلى الجهد. يعمل المحث والمكثف معًا لتنعيم جهد الخرج ، مما يوفر تدفقًا ثابتًا للطاقة للجهاز.
تطبيقات محول باك
· الكمبيوتر المحمول:بمجرد تحويل جهد مخرج الجدار AC إلى DC بواسطة الشاحن ، يدخل جهد التيار المستمر إلى الكمبيوتر المحمول. داخل الكمبيوتر المحمول ، يأخذ محول Buck جهد DC هذا (حوالي 19 فولت DC) ويخلقه إلى أبعد من مستويات الجهد المنخفضة المختلفة التي تتطلبها مكونات مختلفة مثل وحدة المعالجة المركزية والذاكرة والرسومات (تتراوح عادة من 1.8 فولت إلى 12 فولت DC).
· السيارات:تحتوي السيارات الحديثة على العديد من الأنظمة الإلكترونية التي تعمل على مستويات الجهد المختلفة. يتم استخدام محولات Buc ، التي يتم دمجها غالبًا في محولات DC-DC ، لتنظيم الجهد المقدم لهذه الأنظمة من البطارية الرئيسية للسيارة (والتي عادة ما تكون 12 فولت). هذا يضمن أن كل نظام يتلقى الجهد المناسب للأداء الأمثل.
· مصابيح LED:غالبًا ما تحتاج مصابيح LED إلى جهد أقل من مصدر الطاقة. يتم استخدام محولات Buck في برامج تشغيل LED لتوفير الجهد الصحيح للمصابيح LED للعمل بشكل صحيح. هذا يسمح LEDs بالعمل بكفاءة واستهلاك طاقة أقل.
· شحنات البطارية:تضم العديد من أجهزة شحن البطارية ، خاصة بالنسبة لبطاريات الليثيوم أيون المستخدمة في الإلكترونيات المحمولة ، محولات باك. تنظم هذه المحولات الجهد الذي يذهب إلى البطارية أثناء عملية الشحن. هذا يضمن أن البطارية تتلقى الجهد الصحيح لشحنها بأمان وكفاءة ، مما يمنع الأضرار الناجمة عن الشحن الزائد.
خاتمة
محولات باك تحويل جهد أعلى إلى جهد أقل مع زيادة التيار. عن طريق تعديل دورة العمل ، يتم تنظيم مقدار الوقت الذي يمكن أن يمر فيه جهد الإدخال عبر المحث ويتم الوصول إلى الإخراج. تؤدي مدة التبديل التي يتم تشغيلها (دورة عمل أكبر) إلى زيادة جهد الناتج ، والتي تقترب من جهد الإدخال. إذا كان المفتاح قيد التشغيل لفترة أقصر (دورة عمل منخفضة) ، يصبح جهد الخرج أقل من جهد الإدخال.